微生物驱油技术是指通过利用微生物的代谢活动及其代谢产物(生物表面活性剂、有机酸等)作用于油藏岩石和流体，提高原油采收率[1-3]。微生物驱油具有工艺简单、施工方便、成本低等优点[4]，并在现场应用中取得了显著的增油效果[5-6]。在当前低油价形势下，急需寻找一种降低驱油成本、提高驱油效率的方法[7]。前期实验研究和现场监测发现，微生物驱的采油井产出液中有益微生物浓度高，且油藏适应性好[8]。将产出液循环注入油藏，能够进一步提升营养剂利用率，补充油藏有益微生物，大幅降低生物驱油剂成本。目前，国内外微生物驱油产出液循环利用的实验研究与现场应用方面研究较少，对不同产出液利用方法并未深入研究[9-11]。本实验以新疆油田六中区为研究对象，在模拟油藏条件下，通过物理模拟实验，考察了产出液循环利用前后营养成分、菌浓、表面张力以及提高采收率情况，分析了产出液循环利用的可行性。
高压模型管(Φ×L:38 mm×300 mm)；2PB20C平流泵；FY-3型恒温箱；ZXZ-0.5型旋片式真空泵；FTA100B界面张力仪；TGL-18C-C高速台式离心机；PB30020-N电子天平；XPN-201型光催化流动注射总磷总氮分析仪；0.1 MPa、4 MPa压力表；筛分粒径为0.106~0.150 mm、0.045 mm的石英砂；新疆油田六中区脱水原油；新疆油田六中区地层水；去离子水。
实验采用由蒙古林油田地层水筛选驯化得到的一株高产鼠李糖脂的铜绿假单胞菌WJ-1为驱油功能菌。WJ-1的主要代谢产物为鼠李糖脂，是一种生物表面活性剂，不仅具有乳化、增溶、降低界面张力的作用，而且易于生物降解[12]。非油藏环境下，WJ-1发酵液表面张力可由71.2 mN/m降至23 mN/m，且该菌产生的表面活性剂可以在高温、高盐、强酸强碱条件下较长时间地保持稳定性[13]。
种子培养基采用LB培养基，其主要成分(质量浓度)为蛋白胨10 g/L、酵母粉5 g/L、NaCl 10 g/L，pH值为7.0~7.5。将WJ-1接种到种子培养基中，于37 ℃恒温摇床以120 r/min转速培养18 h至对数生长期，低温保存作为种子液。
营养液组成(质量浓度)为：蔗糖3 g/L，KNO3 4 g/L、Na2HPO4 2 g/L、NaCl 1 g/L、MgSO40.5 g/L、微量元素0.4 g/L、FeCl3·7H2O 0.01 g/L、CaCl2 0.01 g/L、ZnSO4 0.01 g/L、酵母粉3 g/L。
营养体系：每100 mL营养液中添加对数生长期的种子液5 mL。
配制一定比例的石英砂，装填5根岩心(Φ×L:38 mm×300 mm)，气测渗透率Kg；将装填好的岩心抽真空3 h后饱和地层水，测饱和地层水前后岩心质量，计算孔隙体积Vp与孔隙度ϕ；原油驱替岩心的地层水至出口含水率低于2%，被驱出的地层水体积即为岩心中原始含油体积，恒温老化3天，计算岩心原始含油饱和度Soil[14-16](岩心参数见表 1)。
(1) 产出液循环利用。将3根岩心(1#~3#)分别水驱至含水98%，注入微生物驱油营养体系，培养7天，后续水驱至含水98%，取样检测产出液剩余营养成分、菌浓、表面张力，并计算微生物驱油采收率；分别采用产出液直接回注、添加营养后注入、地面扩大培养注入3种循环利用方式注入并培养；后续水驱至含水98%，取样检测产出液剩余营养成分、菌浓、表面张力，并计算循环微生物驱油采收率。
(2) 产出液注入新岩心。将两根岩心分别水驱至含水98%；4#岩心注入微生物驱油营养体系，培养7天，后续水驱至含水98%，取样检测产出液剩余营养成分、菌浓、表面张力，并计算微生物驱油采收率；将4#岩心产出液添加营养注入5#岩心，培养7天，后续水驱至含水98%，取样检测产出液剩余营养成分、菌浓、表面张力，并计算产出液再利用采收率。
(1) 直接回注：产出液不添加营养直接注入岩心，培养7天。
(2) 添加营养后注入：产出液添加原始营养液一半浓度的营养物再注入岩心，培养7天。
(3) 地面扩大培养注入：产出液添加原始营养液一半浓度的营养物，在摇床20 ℃、120 r/min条件下发酵培养3天，注入岩心，培养4天。
(4) 注入新岩心：产出液添加原始营养液一半浓度的营养物注入到一次水驱后的岩心，培养7天。
各岩心产出液循环利用方式见表 1。
(1) 菌浓检测。采用平板稀释法[17]，将待测样品稀释到一定程度，涂布到平板上，经过培养，统计菌落数，根据稀释倍数和取样接种量计算出产出液中菌浓。
(2) 表面张力与氮、磷浓度检测。产出液离心去除菌体并提出糖脂后，采用FTA100B界面张力仪测量，采用XPN-201型光催化流动注射总磷总氮分析仪测氮、磷含量。
微生物驱和3种不同循环微生物驱油方法的产出液中氮、磷浓度检测结果如图 1和图 2所示(图中循环驱指循环微生物驱，下同)。微生物驱油后产出液中氮、磷质量浓度(0.051 g/mL、0.063 g/mL)与检测到的微生物驱油营养体系氮、磷注入质量浓度(0.854 g/mL、0.792 g/mL)对比可知，产出液中营养含量较少，注入的营养基本已被微生物生长代谢所消耗，仅有一小部分产出，营养利用率在90%以上。
与微生物驱油相比，循环微生物驱油产出液中氮、磷浓度均有不同程度的下降，说明产出液循环利用还可以进一步提高营养利用效率；2#与3#都添加营养，而3#由于产出液地面扩大培养，生长环境易控制，条件更优越，营养消耗更多。因此，3#营养利用效率更高。
菌浓是驱油效果的保障，由各岩心微生物驱、循环微生物驱产出液菌浓检测结果(见图 3)可以看出，有益菌进入岩石孔隙中，在充足的营养条件下，经过一段时间的适应后，生长繁殖，微生物驱产出液菌浓达到4.53×108 cfu/mL。
与微生物驱相比，2#、3#循环微生物驱产出液菌浓略有下降，而1#菌浓下降两个数量级，说明产出液添加营养后注入岩心还能继续维持较高菌浓。2#微生物驱产出液中驱油功能菌浓高，添加营养注入岩心后，因前期在岩心中已培养过一周而适应性强，可快速生长繁殖；3#产出液添加营养，地面扩大培养后注入，微生物生长繁殖更加旺盛；1#产出液直接注入岩心，由于营养匮乏，微生物生长速率低于死亡速率，且岩心内微生物滞留[18]，造成循环微生物驱产出液菌浓大幅下降。
从各岩心产出液表面张力结果(见图 4)可以看出，产出液的表面张力均低于原始地层水的表面张力(71.6 mN/m)。微生物驱产出液表面张力降低至52 mN/m左右，第一次注菌后，微生物在岩石孔隙中，在充足的营养条件下，生长代谢旺盛，生物表面活性物质浓度高，能定向吸附在油水界面，降低单位面积上的油水界面能，进而降低表面张力。
循环微生物驱后，添加营养的循环利用方式产出液表面张力略有升高，未添加营养直接回注产出液表面张力升高较多。2#、3#补充营养后微生物继续生长繁殖，产生鼠李糖脂，使表面活性剂维持较高浓度；1#未添加营养直接回注岩心，由于营养匮乏，微生物生长代谢微弱，循环微生物驱产出液中的代谢产物几乎全部来自于注入的产出液，因此表面张力最高。
微生物驱产出液中驱油功能菌浓高，但营养浓度低。因此，添加营养可使功能菌继续生长繁殖，产生生物表面活性物质，降低油水界面张力，乳化原油，改变岩石润湿性，改善原油流动性，从而进一步提高原油采收率[19]。从岩心物理模拟提高采收率结果(见图 5)可知，微生物驱提高采收率8%，循环微生物驱可进一步提高采收率，产出液地面扩大培养注入(3#循环驱)可提高6.2%，添加营养后注入(2#循环驱)可提高5.4%，直接回注(1#循环驱)仅提高1.1%。
4#和5#岩心产出液各项检测结果与提高采收率情况见表 2。5#岩心产出液氮磷浓度与注入体系(可参考微生物驱油营养体系氮、磷注入浓度)相比非常低，说明产出液添加营养注入新岩心后，营养被微生物大量消耗；5#岩心产出液与4#岩心产出液相比，菌浓略低，表面张力小幅上升，说明产出液添加营养循环注入新岩心中，在添加营养后，微生物仍然可以生长代谢，产生生物表面活性物质，发挥驱油作用，提高采收率4.7%，但低于循环微生物驱2#、3#岩心驱油效果，可能因为产出液功能菌注入新岩心需要一个适应过程，微生物的生长代谢能力相对较弱。
(1) 微生物驱产出液中营养浓度偏低，已不能满足直接注入要求，需要添加营养后循环注入，提高采收率最高可达14.2%，具备较高的推广应用价值。
(2) 产出液注入到原油藏和新油藏均具有一定的驱油效果，可根据现场工艺条件选择产出液循环利用方式。建议利用现有地面污水处理系统或联合站沉降罐扩大培养后回注到原油藏。
2017, Vol. 46 Issue (4): 72-76
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